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制造業(yè)正在經(jīng)歷一場變革。標(biāo)準化軟件工具為眾包生產(chǎn)時代的到來鋪平了道路?？焖俪尚椭圃焓沟靡粤慨a(chǎn)成本生產(chǎn)個性化部件和產(chǎn)品成為了可能。兩相結(jié)合，勾勒出一幅產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和銷售的新圖景。

50年后，產(chǎn)品將如何被設(shè)計和制造出來？是不是在“眾包”環(huán)境中，由分散在世界各個角落的人們競相制作出數(shù)字化設(shè)計方案？是不是在自動化地下工廠網(wǎng)絡(luò)里，由采用特制混合粉末的機器以三維印刷技術(shù)生產(chǎn)出來？所生產(chǎn)的產(chǎn)品從個性化汽車部件，到輪機葉片，不一而足。盡管我們展望中的一些場面可能看起來匪夷所思，但這項技術(shù)的大多數(shù)環(huán)節(jié)目前正在開發(fā)或試驗中，甚至已經(jīng)投入使用。

軟件正在*改變?nèi)藗円?guī)劃、模擬、測試和制造產(chǎn)品的方式。

從手工業(yè)、工業(yè)化、大規(guī)模生產(chǎn)到信息技術(shù)革命一路走來，制造業(yè)的演進步伐從未停止，如今更是邁向新的遠景——德國政府和工業(yè)界稱之為“Industry 4.0”。其關(guān)鍵是將軟件、傳感器和通信系統(tǒng)集成于所謂的物理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。正是在這個虛擬世界與現(xiàn)實世界的交匯之處，人們越來越多地構(gòu)思、優(yōu)化、測試和設(shè)計產(chǎn)品。其較有力的證明便是美國航空航天局發(fā)射的“好奇號”火星探測車。包括著陸在內(nèi)，“好奇號”的一切都是采用西門子的設(shè)計和模擬軟件完成研制和試驗的。

新的制造模式。從火星到地球，與“好奇號”一樣超然塵世的是一家位于亞利桑那州鳳凰城郊區(qū)的名為“Local Motors”的初創(chuàng)企業(yè)，采用同一款軟件的簡化版本設(shè)計出的超凡脫俗的汽車。在一個Local Motors稱之為“共同創(chuàng)造”——亦稱“眾包”——的流程中，該軟件允許愛好者發(fā)布部件設(shè)計，以便分散在世界各地的其他用戶通過瀏覽器調(diào)看其三維圖形，測量尺寸，發(fā)表評論。其結(jié)果是形成一種新的創(chuàng)新模式和方法，大大加快了將創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為工業(yè)產(chǎn)品的進度。

眾包在加速創(chuàng)新、提高競爭力和控制成本方面的潛力如此之巨大，以至于美國國防部高級研究計劃署（DARPA）正在研究該方式可否用于扭轉(zhuǎn)軍事系統(tǒng)費用的螺旋式上升趨勢。位于加利福尼亞州伯克利的西門子高科技企業(yè)化中心（TTB）的創(chuàng)投技術(shù)部主任Lee Ng博士表示：“其思路是效仿半導(dǎo)體行業(yè)將芯片設(shè)計與計算機生產(chǎn)相分離的做法——通過高度抽象，將設(shè)計流程的各個要素標(biāo)準化、自動化，以便各路高手盡展所長。”

為此，DARPA資助了一些現(xiàn)已在一個通過審查的設(shè)計社區(qū)得到共享的開放源碼軟件工具的開發(fā)。Ng博士補充道，“這些工具將實現(xiàn)大眾化設(shè)計。它們允許多方參與設(shè)計過程，以滿足產(chǎn)品要求。從根本上講，它們使采用*的方式對蘋果與橙子作比較成為了可能。隨著這一點的實現(xiàn)，將形成一個至關(guān)重要的新概念：數(shù)字產(chǎn)品的數(shù)學(xué)認證。”她解釋道，其想法是在現(xiàn)實世界里，產(chǎn)品必須能像在虛擬世界里規(guī)定的那樣運行。

另一個有可能引發(fā)變革的趨勢是快速成型制造業(yè)的演進——從印刷簡單的塑料制品，發(fā)展到印刷高性能金屬制品。譬如，三維激光印刷或立體光刻技術(shù)。其思路是，直接從數(shù)字模型生產(chǎn)出制成品，在這個過程中，自動化設(shè)備將特制的金屬或陶瓷粉末逐層噴射到基底上，同時借助高功率激光器使材料熔化，從而制作出立體物品。Ng博士說：“通過將眾包、數(shù)字產(chǎn)品認證和快速成型制造聯(lián)系起來，企業(yè)可以將完整的數(shù)字模型傳送至世界各地的計算機數(shù)控（CNC）機器，由此制定一個日程表，以確定哪些工廠有能力在什么時候生產(chǎn)哪個部件。”西門子高科技企業(yè)化中心正在許多研究者、初創(chuàng)企業(yè)和西門子各方的幫助下，在這一領(lǐng)域探索各種可能性。

幾乎不會產(chǎn)生任何廢料的快速成型制造技術(shù)，將開啟一扇通往全新制造模式的大門。在這種制造模式下，人們可以在需要的時間和地點生產(chǎn)出需要的部件和產(chǎn)品，從而降低對批量生產(chǎn)、倉儲和配送的需求，同時讓生產(chǎn)更加貼近用戶。這項技術(shù)的潛在經(jīng)濟影響如此之深刻，因此，2012年8月15日，白宮宣布成立國家快速成型制造創(chuàng)新研究院（NAMII），它是一個旨在增強美國制造業(yè)競爭力的國有組織和私營機構(gòu)的聯(lián)合體。

從模擬裝配到生產(chǎn)機械和機器人的功能，每一步都在數(shù)字制造環(huán)境中測試。

通過一個在某些方面類似于快速成型制造的過程，西門子研究人員開發(fā)出能夠識別出舊輪機葉片上的細微裂紋和小坑并確定其位置的軟件。然后，將利用這些信息來引導(dǎo)機械手臂向受損區(qū)域噴射金屬粉末，同時借助激光器令這些粉末熔化，從而使之牢牢地黏附到葉片上。這項技術(shù)業(yè)已在位于柏林的西門子輪機制造廠進行試驗，設(shè)計用于輪機葉片的現(xiàn)場維修。與此同時，西門子正在研制一項被稱為“冷噴涂”的金屬連接技術(shù)。這項技術(shù)旨在以*的速度將金屬納米顆粒噴射到受損區(qū)域上，從而實現(xiàn)虛擬焊接。這項技術(shù)旨在避免與熱加工方法有關(guān)的變形風(fēng)險。

誕生于計算機中的工廠。當(dāng)然，西門子不僅從事產(chǎn)品的設(shè)計、制造和維修，而且還規(guī)劃生產(chǎn)設(shè)施本身。為了加快這程，西門子中央研究院的研究人員已開發(fā)出IntuPlan（直觀布局規(guī)劃）技術(shù)，通過制作出生產(chǎn)鏈和物流鏈的實際比例實物模型，在現(xiàn)實世界與虛擬世界之間架起一座橋梁。不久前，一座位于德國克雷費爾德的西門子工廠便采用了這項技術(shù)來規(guī)劃列車組件焊接車間的布局。迄今為止，全球范圍內(nèi)已有15座工廠借助IntuPlan技術(shù)完成了改造或全新設(shè)計。

當(dāng)精心設(shè)計的工廠建成投入運行之后，自動化系統(tǒng)必須萬無一失地運轉(zhuǎn)，工作站和任務(wù)可以實現(xiàn)個性化設(shè)置，傳感器網(wǎng)絡(luò)和無線基礎(chǔ)設(shè)施必須得到保護以防御攻擊，檢修人員必須能夠盡快完成任務(wù)。然而，后者可能要求專門的導(dǎo)航輔助裝置。

這正是位于新澤西州普林斯頓的西門子美國研究院現(xiàn)在正在開發(fā)的一項技術(shù)背后的理念。在這里，研究人員開發(fā)了一個以全球速度較快的數(shù)據(jù)鏈路為支撐的基于云計算的信息基礎(chǔ)設(shè)施。配備了數(shù)據(jù)眼鏡或平板電腦的檢修人員（或機器人）可以看到疊加在真實環(huán)境之上的指示（增強現(xiàn)實），從而明白無誤地指引檢修人員（或機器人）到達目標(biāo)位置。

到達目標(biāo)位置之后，技術(shù)人員可以利用同一個數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施來查看機器或組件內(nèi)部的每個部件，調(diào)看其檢修記錄，并且，如有必要，實時與場外專家共享圖片，以便獲得專家的協(xié)助，或?qū)⑵溆糜谂嘤?xùn)。

盡管我們只能設(shè)想制造業(yè)的長遠發(fā)展趨勢，然而，種種新技術(shù)讓我們可以展望制造業(yè)激動人心的未來藍圖。